石墨烯结构设计及其在锂空气电池中的应用

发布时间：2021-09-07 06:10

　　具有极高理论能量密度的锂空气电池近年来受到了极大关注,有望取代传统的锂离子电池,作为电动汽车动力电池或应用到便携电子设备中,促进能源和环境问题的解决。但锂空气电池普遍存在过电位高、倍率性能不足和循环稳定性差等诸多科学和技术问题,需要开发具有高催化活性和匹配结构的阴极。凭借自身诸多优良特性,碳材料在锂空气电池阴极的研究中表现出极大的活力。其中,具有超大比表面积、超高电导率的石墨烯是一种十分理想的阴极材料。但石墨烯的低催化活性限制了其在锂空气电池中的进一步发展,所以在充分利用石墨烯优良特性的基础上对其进行适当的结构设计十分必要。本论文以有机电解液体系锂空气电池为研究对象,选择石墨烯作为基本阴极材料,通过对石墨烯进行结构设计和表面修饰,提升锂空气电池性能,探索出适用于锂空气电池的高活性阴极,推动锂空气电池的进一步开发和应用。本论文系统研究了采用改进化学气相沉积（CVD）方法制备高品质三维立体石墨烯,并在此基础上通过在CVD过程中暴露空气使泡沫镍基底部分氧化,制备得到具有梯度孔隙结构的三维立体石墨烯。三维石墨烯大比表面积的高效利用以及梯度孔隙结构的构建,使其具有丰富的催化活性位点和物质传输通道... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

四种锂空气电池的结构示意图

导率并改善界面问题是全固态锂空气电池亟待解决的关键问题[2机电解液体系锂空气电池工作原理机电解液体系锂空气电池结构简单，安全系数较高，整体性能好的锂空气电池体系。目前被广泛认可的电池反应机理为：2Li – 2e-→ 2Li+（阳极反应） 2Li++ O2+ 2e-→ Li2O2（阴极反应） 2Li + O2→ Li2O2（总反应） 放电时，阳极锂失电子被氧化为 Li+，电子经外电路传输到阴极，质传输到空气电极，在阴极反应界面处，O2得到电子并与 Li+结并且沉积在阴极表面，此过程被称之为氧还原反应（ORR）；充电，Li2O2分解成 Li+和 O2，Li+通过电解质回到阳极且得电子变为表面沉积，O2直接释放，此过程被称之为氧析出反应（OER）[3

哈尔滨工业大学理学硕士学位论文进一步比较了两种 MnO2的催化活性，与 -M化剂的锂空气电池具有更高的容量和更好的循催化活性。人[51]以钴酞菁作为原料，将 Co3O4沉积到催化剂，并将其负载到导电炭黑（KB）上作为气电池中。从结果来看，Co3O4/RGO/KB 阴极表纯 KB 阴极低约 400 mV（如图 1-6），说明 Co程的高催化活性。


本文编号：3388999